Medios de networking Semestre 1 Capítulo 3 Jorge Vásquez

Contenido Medios de cobre. Medios de fibra óptica. Medios inalámbricos.

Preguntas. ¿Qué significan los siguientes términos voltaje, resistencia, impedancia, corriente y circuitos? ¿Conoce las ventajas y desventajas del cable coaxial en comparación con otros tipos de cable? ¿Cuáles son los usos del cable de par trenzado blindado (STP) y del cable de par trenzado no blindado (UTP) ? ¿Cuáles son las características de los cables derechos, cruzados y transpuestos y dónde se utiliza cada uno? ¿Conoce los principios básicos del cable de fibra óptica? ¿Qué es la fibra monomodo y multimodo ?

Átomos y electrones Partículas básicas del átomo: Electrones: Partículas con carga negativa que giran alrededor del núcleo. Protones: Partículas con carga positiva. Neutrones: Partículas sin carga (neutras). Los protones y los neutrones se combinan en un pequeño grupo llamado núcleo. Los electrones se mantienen en órbita aun cuando los protones atraen a los electrones. La base de todo dispositivo electrónico es el conocimiento de cómo los aislantes, conductores y los semiconductores controlan el flujo de los electrones.

Voltaje El voltaje se denomina a veces "fuerza electromotriz" (EMF) La EMF es una fuerza eléctrica o presión que se produce cuando los electrones y protones se separan. La fuerza que se crea va empujando hacia la carga opuesta y en dirección contraria a la de la carga de igual polaridad. Formas de crear voltaje Fricción o electricidad estática. Magnetismo o un generador Eléctrico. Células solares. La unidad de medida del voltaje es el voltio (V). El voltio es la cantidad de trabajo por unidad de carga necesario para separar las cargas.

Resistencia e impedancia Los materiales a través de los cuales fluye la corriente presentan distintos grados de oposición, o resistencia, al movimiento de los electrones. Los materiales también tienen otros efectos denominados capacitancia e inductancia, asociados a la corriente de electrones. ANIMACION 1 La letra R representa la resistencia. La unidad de medición de la resistencia es el ohmio (Ω). Impedancia (Z) Resistencia Inductancia Capacitancia

Corriente La corriente eléctrica (I) es el flujo de cargas creado cuando se mueven los electrones. En los circuitos eléctricos, la corriente se debe al flujo de electrones libres, la unidad es el amperio (A) Un Amperio se define como la cantidad de cargas por segundo que pasan por un punto a lo largo de un trayecto. La combinación de amperaje y voltaje es equivalente al vatiaje, las fuentes de alimentación para computadores se clasifican en términos de vatios. Un vatio es la cantidad de energía que un dispositivo consume o produce.

Circuitos La corriente fluye en bucles cerrados denominados circuitos. Estos circuitos deben estar compuestos por materiales conductores y deben tener fuentes de voltaje. La electricidad fluye naturalmente hacia la tierra cuando existe un recorrido. La corriente también fluye a lo largo de la ruta de menor resistencia. Las dos formas en que fluye la corriente son: Corriente Alterna (CA) y sus correspondientes voltajes varían con el tiempo, cambiando su polaridad o dirección. La Corriente Continua (CC) siempre fluye en la misma dirección, y los voltajes de CC siempre tienen la misma polaridad. ANIMACION 2

Especificaciones de cables Los cables tienen distintas especificaciones y generan distintas expectativas acerca de su rendimiento. ¿Qué velocidad de transmisión de datos se puede lograr con un tipo particular de cable? La velocidad de transmisión de bits por el cable es de suma importancia. ¿Qué tipo de transmisión se planea? ¿Serán las transmisiones digitales o tendrán base analógica? ¿Qué distancia puede recorrer una señal a través de un tipo de cable en particular antes de que la atenuación de dicha señal se convierta en un problema?

Cable coaxial El cable coaxial consiste de un conductor de cobre rodeado de una capa de aislante flexible. El conductor central también puede ser hecho de un cable de aluminio cubierto de estaño que permite que el cable sea fabricado de forma económica. Sobre el material aislante existe una malla de cobre tejida u hoja metálica que actúa como el segundo hilo del circuito y como un blindaje para el conductor interno. Esta segunda capa, o blindaje, también reduce la cantidad de interferencia electromagnética externa. Cubriendo la pantalla está la chaqueta del cable. Ventajas: Puede tenderse a mayores distancias que el cable de par trenzado blindado STP, y que el cable de par trenzado no blindado, UTP, sin necesidad de repetidores.

Cable STP El cable de par trenzado blindado (STP) combina las técnicas de blindaje, cancelación y trenzado de cables. Cada par de hilos está envuelto en un papel metálico. Los dos pares de hilos están envueltos juntos en una trenza o papel metálico. Generalmente es un cable de 150 ohmios. El cable STP brinda mayor protección ante toda clase de interferencias externas, pero es más caro y de instalación más difícil que el UTP. Un nuevo híbrido de UTP con STP tradicional se denomina UTP apantallado (ScTP), conocido también como par trenzado de papel metálico (FTP). El STP y el ScTP todavía son importantes, especialmente en Europa o en instalaciones donde exista mucha EMI y RFI cerca de los cables.

Cable UTP El cable de par trenzado no blindado (UTP) es un medio de cuatro pares de hilos que se utiliza en diversos tipos de redes. Cada uno de los 8 hilos de cobre individuales del cable UTP está revestido de un material aislante. Este tipo de cable cuenta sólo con el efecto de cancelación que producen los pares trenzados de hilos para limitar la degradación de la señal que causan la EMI y la RFI. El cable de par trenzado no blindado presenta muchas ventajas. Es de fácil instalación y es más económico que los demás tipos de medios para networking. De hecho, el UTP cuesta menos por metro que cualquier otro tipo de cableado para LAN.

El espectro electromagnético La luz que se utiliza en las redes de fibra óptica es un tipo de energía electromagnética. Cuando una carga eléctrica se mueve hacia adelante y hacia atrás, o se acelera, se produce un tipo de energía denominada energía electromagnética. Si se ordenan todos los tipos de ondas electromagnéticas desde la mayor longitud de onda hasta la menor, se crea un continuo denominado espectro electromagnético. Las longitudes de onda que invisibles al ojo humano son utilizadas para transmitir datos a través de una fibra óptica, son levemente más larga que las de la luz roja y reciben el nombre de luz infrarroja. ANIMACION 3

Modelo de rayo de luz Cuando las ondas electromagnéticas se alejan de una fuente, viajan en líneas rectas. Estas salen de la fuente y reciben el nombre de rayos. Piense en los rayos de luz como delgados haces de luz similares a los generados por un láser. Cuando un rayo de luz, denominado rayo incidente, cruza los límites de un material a otro, se refleja parte de la energía de la luz del rayo. La luz reflejada recibe el nombre de rayo reflejado. La energía de la luz de un rayo incidente que no se refleja entra en el material. El rayo entrante se dobla en ángulo desviándose de su trayecto original. Este rayo recibe el nombre de rayo refractado. ANIMACION 4

Reflexión Cuando un rayo de luz (el rayo incidente) llega a la superficie brillante de una pieza plana de vidrio, se refleja parte de la energía de la luz del rayo. El ángulo que se forma entre el rayo incidente y una línea perpendicular a la superficie del vidrio, en el punto donde el rayo incidente toca la superficie del vidrio, recibe el nombre de ángulo de incidencia. El ángulo que se forma entre el rayo reflejado y la normal recibe el nombre de ángulo de reflexión. La Ley de la Reflexión establece que el ángulo de reflexión de un rayo de luz es equivalente al ángulo de incidencia. ANIMACION 5

Refracción Cuando la luz toca el límite entre dos materiales transparentes, se divide en dos partes. Parte del rayo de luz se refleja a la primera sustancia, con un ángulo de reflexión equivalente al ángulo de incidencia. La energía restante del rayo de luz cruza el límite penetrando a la segunda sustancia. Si el rayo de luz parte de una sustancia cuyo índice de refracción es menor, entrando a una sustancia cuyo índice de refracción es mayor, el rayo refractado se desvía hacia la normal. Si el rayo de luz parte de una sustancia cuyo índice de refracción es mayor, entrando a una sustancia cuyo índice de refracción es menor, el rayo refractado se desvía en sentido contrario de la normal. ANIMACION 6

Reflexión interna total Un rayo de luz que se enciende y apaga para enviar datos (unos y ceros) dentro de una fibra óptica debe permanecer dentro de la fibra hasta que llegue al otro extremo. El rayo no debe refractarse en el material que envuelve el exterior de la fibra. La refracción produciría una pérdida de una parte de la energía de la luz del rayo. El núcleo de la fibra óptica debe tener un índice de refracción (n) mayor que el del material que lo envuelve (revestimiento). El ángulo de incidencia del rayo de luz es mayor que el ángulo crítico para el núcleo y su revestimiento

Fibra multimodo La parte de una fibra óptica por la que viajan los rayos de luz recibe el nombre de núcleo de la fibra. Los rayos de luz sólo pueden ingresar al núcleo si el ángulo está comprendido en la apertura numérica de la fibra. La fibra monomodo tiene un núcleo mucho más pequeño que permite que los rayos de luz viajen a través de la fibra por un solo modo La fibra multimodo usa un tipo de vidrio denominado vidrio de índice graduado para su núcleo. Este vidrio tiene un índice de refracción menor hacia el borde externo del núcleo. ANIMACION 7

Fibra monomodo La mayor diferencia entre la fibra monomodo y la multimodo Es que la monomodo permite que un solo modo de luz se propaguea través del núcleo de menor diámetro de la fibra óptica. La marca 9/125 que aparece en el revestimiento de la fibra monomodo indica que el núcleo de la fibra tiene un diámetro de 9 micrones y que el revestimiento que lo envuelve tiene 125 micrones de diámetro En una fibra monomodo se utiliza un láser infrarrojo como fuente de luz. El rayo de luz que el láser genera, ingresa al núcleo en un ángulo de 90 grados.

Otros componentes ópticos La mayoría de los datos que se envían por una LAN se envían en forma de señales eléctricas. Sin embargo, los enlaces de fibra óptica utilizan luz para enviar datos. Existen componentes como los transmisores, receptores, conectores y fibras que siempre son necesarios en una red óptica, a menudo también se ven repetidores y paneles de conexión de fibra.

Señales y ruido en las fibras ópticas El cable de fibra óptica no se ve afectado por las fuentes de ruido externo que causan problemas en los medios de cobre porque la luz externa no puede ingresar a la fibra salvo en el extremo del transmisor. La fibra no tiene el problema de diafonía que sí tienen los medios de cobre. Atenuación de la señal La dispersión La absorción Irregularidades o asperezas de fabricación

Instalación y prueba de la fibra óptica

Estándares de las LAN inalámbricas Los estándares han sido creados en el marco de las reglamentaciones creadas por el Comité Federal de Comunicaciones (Federal Communications Commission - FCC). La tecnología clave que contiene el estándar es el Espectro de Dispersión de Secuencia Directa (DSSS). El DSSS se aplica a los dispositivos inalámbricos que operan dentro de un intervalo de 1 a 2 Mbps. El siguiente estándar aprobado fue el b, que aumentó las capacidades de transmisión a 11 Mbps b también recibe el nombre de Wi-Fi™ o inalámbrico de alta velocidad y se refiere a los sistemas DSSS que operan a 1, 2; 5,5 y 11 Mbps a abarca los dispositivos WLAN que operan en la banda de transmisión de 5 GHZ. El uso del rango de 5 GHZ no permite la interoperabilidad de los dispositivos b ya que éstos operan dentro de los 2,4 GHZ g ofrece tasa de transferencia que a pero con compatibilidad retrospectiva para los dispositivos b utilizando tecnología de modulación por Multiplexión por División de Frecuencia Ortogonal (OFDM).

Dispositivos y topologías inalámbricas ANIMACION 8 ANIMACION 9

Cómo se comunican las LAN inalámbricas Una vez establecida la conectividad con la WLAN, un nodo pasará las tramas de igual forma que en cualquier otra red 802.x. Las WLAN no usan una trama estándar Por lo tanto, el término "Ethernet inalámbrica" puede resultar engañoso. Hay tres clases de tramas: de control, de administración y de datos. La radiofrecuencia (RF) es un medio compartido, se pueden producir colisiones de la misma manera que se producen en un medio compartido cableado. las WLAN utilizan Acceso Múltiple con Detección de Portadora/Carrier y Prevención de Colisiones (CSMA/CA). Es parecido al CSMA/CD de Ethernet.

Autenticación y asociación La autenticación de la WLAN se produce en la Capa 2. Es el proceso de autenticar el dispositivo no al usuario. Este es un punto fundamental a tener en cuenta con respecto a la seguridad, detección de fallas y administración general de una WLAN. La autenticación puede ser un proceso nulo, como en el caso de un nuevo AP y NIC con las configuraciones por defecto en funcionamiento. El cliente envía una trama de petición de autenticación al AP y éste acepta o rechaza la trama. El cliente recibe una respuesta por medio de una trama de respuesta de autenticación. También puede configurarse el AP para derivar la tarea de autenticación a un servidor de autenticación. Tipos de autenticación y asociación No autenticado y no asociado El nodo está desconectado de la red y no está asociado a un punto de acceso. Autenticado y no asociado El nodo ha sido autenticado en la red pero todavía no ha sido asociado al punto de acceso. Autenticado y asociado El nodo está conectado a la red y puede transmitir y recibir datos a través del punto de acceso. Métodos de Autenticación IEEE presenta dos tipos de procesos de autenticación. El primer proceso de autenticación es un sistema abierto. Se trata de un estándar de conectividad abierto en el que sólo debe coincidir el SSID. Puede ser utilizado en un entorno seguro y no seguro. El segundo proceso es una clave compartida. Este proceso requiere el uso de un cifrado del Protocolo de Equivalencia de Comunicaciones Inalámbricas (WEP). WEP es un Algoritmo bastante sencillo que utiliza claves de 64 y 128 bits. El AP está configurado con una clave cifrada y los nodos que buscan acceso a la red a través del AP deben tener una clave que coincida.

Espectros de onda de radio y microondas Los computadores envían señales de datos electrónicamente. Los transmisores de radio convierten estas señales eléctricas en ondas de radio. Las corrientes eléctricas cambiantes en la antena de un transmisor generan ondas de radio. Estas ondas de radio son irradiadas en líneas rectas desde la antena. Como las señales de radio se debilitan a medida que se alejan del transmisor, el receptor también debe estar equipado con una antena. El receptor amplifica la fuerza de estas señales eléctricas débiles. Un receptor demodula la señal portadora que llega desde su antena. El receptor interpreta los cambios de fase de estos la señal portadora y la reconstruye a partir de la señal eléctrica de datos original. ANIMACION 10ANIMACION 11

Señales y ruido en una WLAN En una red Ethernet cableada, a menudo, resulta simple diagnosticar la causa de una interferencia. Cuando se utiliza una tecnología de RF es necesario tener en cuenta varios tipos de interferencia. La banda estrecha es lo opuesto a la tecnología de espectro de dispersión. Como su nombre lo indica, la banda estrecha no afecta al espectro de frecuencia de la señal inalámbrica. Una solución para el problema de interferencia en la banda estrecha consiste en simplemente cambiar el canal que utiliza el AP. La interferencia en la banda completa afecta toda la gama del espectro. Las tecnologías Bluetooth™ saltan a través de los 2.4 GHz completo, varias veces por segundo y pueden producir una interferencia significativa en una red b. En los hogares y las oficinas, un dispositivo que, a menudo, se pasa por alto y que causa interferencia es el horno de microondas estándar. Los teléfonos inalámbricos que funcionan en el espectro de 2.4GHZ también pueden producir trastornos en la red. La niebla o condiciones de humedad elevada pueden afectar y afectan las redes inalámbricas. Los rayos también pueden cargar la atmósfera y alterar el trayecto de una señal transmitida.

Seguridad de la transmisión inalámbrica La seguridad de las transmisiones inalámbricas puede ser difícil de lograr. En la actualidad, muchos administradores no se ocupan de implementar prácticas de seguridad efectivas. Existen nuevos protocolos y soluciones de seguridad tales como las Redes Privadas Virtuales (VPN) y el Protocolo de Autenticación Extensible (EAP). Seguridad de la transmisión inalámbrica Desafio EAP-MD5 LEAP Autenticación del usuario Cifrado Autenticación de datos

Cuestionario final. ANIMACION 12 ¿Cuál es la longitud máxima para el cable STP? ¿Cuántos pares de hilos constituyen un cable UTP? ¿Qué tipo de conector se utiliza con el cable UTP? ¿Cuál es la ventaja del cable coaxial sobre los cables STP o UTP? ¿Qué fuente de luz se utiliza normalmente en la fibra monomodo? ¿A que se le llama WEP?